电机系李琦副教授、何金良教授等在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上发表了题为“基于聚合物-分子半导体全有机复合材料的高温电容薄膜”（Polymer/molecular semiconductor all-organic composites for high-temperature dielectric energy storage）的研究论文，首次研制出 200 摄氏度高效介电储能的全有机复合薄膜。这类全有机复合介电材料在 200 摄氏度高温条件下的介电储能性能不仅远超过目前最好的高温聚合物及聚合物纳米复合介电材料，并接近商业化聚合物电容薄膜室温下性能；在大幅提升高温介电储能特性的同时还实现了大面积、性能均匀的薄膜制备，为实现薄膜电容器在 200 摄氏度严酷温度环境下应用提供了可能。 聚合物薄膜电容器具有介电强度高、能量损耗低以及自愈性好等优点，在全球工业电容器市场占有率超过其它类型电容产品。然而，聚合物介电材料的绝缘性能对温度极其敏感，在高温、高电场作用下泄漏电流呈指数上升、放电效率急剧下降，最终造成电容器过热损坏。目前主流商业薄膜电容器仅在 105 摄氏度以下工作，长期工作温度低于 70 摄氏度。另一方面，随着电子器件和电力、能源设备功率不断增大以及对小型化和紧凑型功率模块的持续追求，电子材料的工作温度要求快速提高，薄膜电容器介电材料已成为高温电子器件和设备的技术瓶颈。 该论文采用了一种与前期方法截然不同的技术路线——利用有机光伏中电子受体材料的强得电子能力，实现了在高温聚合物中构筑深电荷陷阱。这种有机分子半导体型的电子受体材料具有极高的电子亲和能，被广泛应用于有机光伏中激子在异质结界面高效分离。它们可通过其表面静电势分布的极不均匀特性，对自由电子产生强束缚作用。通过向耐热聚合物中掺杂极少量高电子亲和能有机分子半导体制备了全有机复合高温介电材料。这类材料在 200 摄氏度和 200kV/mm 电场条件下，电阻率比高温聚合物提升两个数量级以上；200 摄氏度、放电效率90%以上的能量密度是目前最好的聚合物高温介电材料的 2.3 倍。此外，全有机复合体系解决了传统有机-无机复合体系中高表面能粒子分散不均和引入界面缺陷等问题，在薄膜品质和规模化制备等方面具有显著优势。

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 随着电力需求的不断增长，高性能储能装置对现代社会的可持续发展起着至关重要的作用。与超级电容器和锂电池相比，脉冲储能电介质电容器拥有超高的可释放功率密度，高的操作电压、极快的充放电速率以及长的循环寿命，是重要的新型功率储能器件，在新能源汽车、高端医疗器械、智能电网调频、可控核聚变、电磁炮等高功率脉冲技术的军民领域有着重要应用。

项目研究的背景及用途:该项目利用地球表层中较恒定的温度以及储存 于地下土壤层中可再生的低品位热能，通过输入少量的高品位能源(如电能)，热 量实现了从温度低的介质传递到温度高的介质的转移(低温热源向高温热源的转 移)，可以满足用户全年供暖、制冷空调以及生活热水的需求，从全年的角度， 能量可以在一定程度上得到循环回用，具有较强的经济竞争力，是最有希望在供 热制冷空调领域发挥重要作用的新技术。地源热泵可以应用在各种建筑物中(独立住宅、集中住宅、学校、工厂、 办公楼等商业/公用建筑)，可以供暖、供暖+供热水、供暖+制冷空调、供暖+供 热水+制冷空调，还可以用于道路融雪、除冰和体育场草坪加热。市场应用范围 广泛，国内市场潜力很大。 技术原理及流程:该项目实施可以采用集成埋地换热器、热泵机组、控 制系统与建筑末端设备等，从而完成系统工程为目标。因此，其技术核心在于优 化各子系统，重点解决地下蓄放热关键技术。 成果水平及主要技术指标:该项目经专家鉴定，技术水平为世界先进水 平。 市场分析及效益预测:我国的建筑市场巨大，1995～2000 年，每年全国 城市新建住宅建筑面积约 2.4 亿 m2，其中上海每年新建约 1500 万 m2，北京约 1000 万 m2，天津约 600 万 m2，大连约 260 万 m2。2000～2010 年，每年新建 住宅建筑面积约 3.4 亿 m2。这为地源热泵的工程开发应用奠定了极好的市场条 件。 地源热泵的经济效益可在 3～6 年中从节能中偿还投资，因为与电加热 相比可节省三分之二的电能，与燃油锅炉相比亦可节省二分之一的运行费用。而 且地源热泵可以大幅度减少常规能源所带来的环境污染，消除燃料燃烧所造成的 环境污染。 每年完成该方面地源热泵工程 50 项，可实现总产值 5000 万元以上，年 净利润 1000 万元。

习近平总书记提出，将采取更有力的政策和举措，实现“碳达峰 碳中和”目标。工业园区和集中供热能显著减少碳排放量，提升能源利用的综合效率，降低单位GDP能耗，推动基于系统优化集成、能源梯级利用的循环经济发展，但目前普遍存在热用户用热负荷波动大、有水击和网损隐患、扩建改建缺乏科学规划决策支持等特点。 本项目实现了基于数字孪生的智慧供热过程管控：在源侧对热源机组进行模拟仿真、优化分配负荷以及优化供热参数；在网侧实现管网在线水力优化与优化、质量并调以提升灵活性；在荷侧结合热用户的用热特性对负荷进行预测；在储侧对储热系统储放热策略进行优化。提供了“源-网-荷”全过程协同调度与控制的实时优化方案，最终实现供热系统自感知、自分析、自优化、自调节的智慧化运行。 以某热电企业为例，通过成本优化和预测性精确热网调度，从而减少购汽成本和热量损失（综合能效提升1%），按照每年售汽量100万蒸吨，200元/蒸吨计算，每年提升收益约200万元；同时能够及时预测和发现热力系统隐患，保障热网安全、稳定运行，带来巨大的安全效益；此外，预测性调控实现了时间和空间上的供需匹配，在节能的同时保障用户用汽的稳定和质量，从而提升了热用户满意度，具有较好的社会效益。  

太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置是在太阳能集热器与热泵之间的环路上依次并联2～5个蓄热水箱，每个蓄热水箱供水或者回水主管上设有电磁阀，进水或者出水支管上也设有电磁阀，各个蓄热水箱的底部设置温度传感器；热水连接管从蓄热水箱的底部进入，上部出来，并把各个蓄热水箱串联连接；太阳能集热器的供回水管在靠近冷水进水一端与并联蓄热水箱的供回水主管相接，热泵的供回水管在另一端与并联蓄热水箱的供回水主管相接。系统设有热泵充热、太阳能充热、太阳能与热泵联合充热等多种运行模式。 本装置的优点：1) 能结合太阳能与热泵的优点，在各种天气条件下最大程度地利用太阳能和低谷电，节约电能，降低运行费用，减小了电网的高峰电力负荷。2) 采用多水箱并联蓄热的方式，可以将水箱的集中荷载以及占用的空间分散开来，使得水箱的布置有更多的选择和灵活性。 3) 水箱间温度分层，有利于提高太阳能集热器和热泵的运行效率。 技术指标： 1) 采用热泵辅助加热，比电辅助加热节能60%以上2) 采用夜间低谷电进行蓄热，又可以比普通太阳能热泵系统节约运行电费10%～20%(按夜间电费减半计算)。

1.验证了稳态方法在计算耗热指标时的适用性，对比理论耗热量和实际耗热量，并分析其差异原因，得到了建筑实际耗热量修正计算方法；2.提出了热源总效率的概念，并基于此对不同供热方式的能效进行了比较，得到了基础量化数据，推荐了适用于低能耗居住建筑的供热方式；3.建立了适用于低能耗居住建筑供热模式的综合评价指标体系，完成了对供热模式的评价软件。定量分析了不同供热模式的特点，为工程应用提供参考。

安全：在概念设计时进行拓扑优化和形貌优化，设计初期即进行尺寸优化、散热分析、防热失控管理，并在设计过程中进行模态随机振动、冲击、挤压等测试验证。以确保最终产品的使用安全。 可靠：从部件级至电池系统级(部件级-电池级模组级电箱级电池包系统)把握每个零部件的安全可靠，以确保产品的整体安全可靠。 耐久：使用权威评估软件对电池包进行寿命预测，测试结果为使用寿命可达10年以上。 轻量化：有效减轻重量，去掉多余材料，精确计算使用材料份量，并通过仿真计算进行确认，以提高能量密度。